基于多模态CT诊断任务对一站式胰腺灌注扫描时相优化方案的可行性*

孙青 俞溪 明兵, 彭金成 邹庆 张仕勇 兰茜琳 刘婷

(1.川北医学院医学影像学院，四川 南充 637000；2.德阳市人民医院放射科，四川 德阳 618000)

一站式CT动态容积灌注成像(Dynamic volume CT perfusion，dVPCT)通过对靶器官或选定层面进行连续动态采样获取灌注数据集，是一种可提供多维度诊断信息的无创定量技术。既往一站式检查受不同设备机型的影响密集采集时间选择多在1.5～3 s[1-9]，其中双源CT多以1.5 s为主[1-5]，缺乏统一或标准的扫描方案，理论上延长采集时间间隔或减少总采集时间能降低辐射剂量，但就胰腺而言对图像质量及灌注参数值是否会影响诊断效果的比较研究尚少，因此本次研究采用第3代双源CT针对胰腺探索2.5 s密集采集方式的可行性，以期进一步优化一站式灌注扫描方案。

1 资料与方法

1.1 一般资料 收集2018年7月～2020年11月于德阳市人民医院采用第3代双源CT正常胰腺灌注病例72例行回顾性分析，根据不同扫描参数设置分为A组和B组，A组(常规灌注组，24例)：既往因可疑上腹部病变行常规上腹灌注检查，密集采集时间1.5 s，24次动态容积扫描，总采集时间94.5 s；Z轴覆盖范围约17.6 cm或22.4 cm，；B组(时间优化组，48例)：既往因结肠肿瘤行全腹灌注扫描，密集采集时间2.5 s，总采集时间75 s，19次动态容积扫描；Z轴覆盖范围约43.5 cm；所有纳入病例中结肠肿瘤临床分期T1-2N0M0。纳入标准：①无胰腺相关病史，如胰腺肿瘤、胰腺炎及糖尿病等。②无胰周恶性病史、肝硬化。③无肝肾功能不全、心血管疾病等。④相同管电压、管电流(根据受检者身高、体重自动调整)。

1.2 检查方法 采用西门子第3代双源CT 容积灌注扫描模式，管电压80 kV，管电流60 mAs，高级模拟迭代算法重建，重建层厚1.5 mm。检查前所有受检者禁食4～6 h，扫描前于肘前静脉留置20 G静脉套管针，使用腹部加压带并进行呼吸训练，造影剂选择碘迈伦 80 mL(400 mgI/mL)，注射速率5.0 mL/s，后续以相同速率注入30 mL生理盐水。A组扫描时间：3×4.5 s、12×1.5 s、6×6 s、3×9 s，共94.5 s，24组容积数据，Z轴覆盖范围根据身高选择17.6或22.4 cm。B组扫描时间：3×5 s、12×2.5 s、4×7.5 s，共75 s，共19组容积数据，Z轴覆盖范围43.5 cm。

1.3 灌注图像后处理

1.3.1 常规多模态图像重建 灌注数据集传送至后处理工作站(Syngovia,Siemens HealthcareSector,Germany)。在动态血管成像模式中，经过运动校正、降噪、定义腹腔干开口处腹主动脉为输入动脉后绘制主动脉、胰腺及门静脉时间-密度曲线(Time-density curve,TDC)，基于该曲线采用时间平均法选择强化峰值对应的单期图像及前后两期共三期图像进行融合，对应常规腹部三期图。在CT血管模式下，利用多平面重组技术(Multiplanar reformation，MPR)，重建层厚5 mm及层间隔5 mm的轴位图像。在相同模式下，采用最大密度投影法(Maximum intensityprojection,MIP)重建动脉血管图。所有重建图像上传至图像存档和通信系统工作站。

1.3.2 常规多模态图像的评价任务 ①基于常规腹部三期图，放置感兴趣区(Region of interest,ROI)于动脉期腹腔干开口层面腹主动脉、胰腺实质期钩突、胰头、胰体及胰尾、门静脉期门静脉分叉稍下方水平，避开边缘及血管，将腹腔干开口层面竖直肌CT值作为参照，皮下脂肪CT值标准差(Standard deviation，SD)作为背景噪声，每个部位对应期像重复测量3次取平均值，分别计算腹主动脉、胰腺实质及门静脉信噪比(Signal noise ratio，SNR)、对比噪声比(Carriernoise ratio，CNR)。计算方法：SNR=CT目标/SD皮下脂肪，CNR=(CT目标-CT 竖脊肌)/SD皮下脂肪。②基于血管图，由2名诊断医师以双盲法对MIP显示变异血管情况进行评估，图像质量无法支持变异评价的进行记录。

1.3.3 灌注参数测量 在CT体部灌注中，采用去卷积法，经过校正、降噪、定义腹腔干开口处腹主动脉为输入动脉后获得灌注伪彩图，分别选取胰腺钩突、胰头、胰体及尾部最大横轴面勾画ROI，每个部位重复测量3次，各ROI取值1～2 cm2，并避开血管、胰管、边缘部分，获得各灌注参数，包括血流量(Blood flow,BF)、血容量(Blood volume,BV)、平均通过时间(Mean transit time,MTT)、表面渗透性(Permeability surface,PS)，由2名医生重复测量2次，各部位胰腺灌注参数值取平均值以减少误差。

1.3.4 计算有效剂量(Effective dose,ED) 记录体积CT剂量指数(Volume CT dose index,CTDIvol)和辐射剂量长度乘积(Dose length product,DLP)。ED=0.015×DLP。根据DLP/CTDIvol计算A组平均扫描长度。

2 结果

2.1 两组一般资料对比及重建图像质量评估 A组男14例，女10例；年龄34～65岁，平均(51.50±7.01)岁。B组男22例，女26例，年龄31～77岁，平均(54.77±8.52)岁。两组一般资料比较差异无统计学意义(P>0.05)。所有重建图像均得到清晰的三期增强图及血管图(见图1、图2)，腹主动脉、胰腺实质及门静脉分别对应的最佳融合期像SNR、CNR 两组比较差异无统计学意义(P>0.05)。2名诊断医师对变异血管评估一致，8例胃左动脉起源于腹腔干(A组3/24、B组5/48)，2例肝右动脉起源于肠系膜上动脉(A组1/24、B组1/48)，3例肝左动脉起源于腹腔干(B组3/48)。见表1、表2。

表1 两组一般资料及变异血管Table 1 General data and vascular anatomical variations of group A and B

表2 两组腹主动脉、胰腺、门静脉CNR、SNR对比Table 2 Comparison of CNR and SNR of abdominal aorta,pancreas and portal vein between group A and B

图1 两组重建动脉期、胰腺实质期及门静脉期像Figure 1 Reconstruction of images in arterial phase,pancreatic parenchyma phase and portal vein phase in both groups注：腹腔干、门静脉(黄色箭头)显示清晰锐利，胰腺轮廓清晰。A～C.密集采集时间1.5 s；D～F.密集采集时间2.5 s

图2 两组MIP血管清晰锐利，胃左动脉(黄色箭头)起源于腹主动脉Figure 2 The MIP vessels of the two groups were clear and sharp,and the left gastric artery (yellow arrow) originated from the abdominal aorta注：A.密集采集时间1.5 s；B.密集采集时间2.5 s

2.2 两组正常胰腺各部位灌注参数值ICC分析及对比 测得各部位正常胰腺灌注参数值一致性较好(ICC>0.75，见表3)。两组各部位正常胰腺各灌注参数BF、BV、MTT、PS差异无统计学意义(P>0.05，见表4)。灌注伪彩图显示胰腺血供丰富，见图3。

图3 两组BF、BV灌注伪彩图，胰腺血供丰富Figure 3 BF and BV color maps of two groups with abundant blood supply to the pancreas注：A～B.密集采集时间1.5 s BF、BV图；C～D.密集采集时间2.5 s BF、BV图

表3 两组各部位正常胰腺灌注参数ICC值Table 3 ICC value of normal pancreatic perfusion parameters in group A and B

表4 两组正常胰腺灌注参数对比Table 4 Comparison of normal pancreatic perfusion parameters between group A and B

2.3 两组辐射剂量 A组平均z轴覆盖范围约(18.98±1.37) cm，平均有效剂量约(8.73±0.90) mSv；B组z轴覆盖范围43.50 cm，有效剂量约15.45 mSv。A组其他扫描参数设置不变的情况下，采用B组的2.5 s密集采集方式，根据B组单位Z轴辐射剂量可推算出A组平均有效剂量可减少约22.8%。

3 讨论

一站式dVPCT成像能获得多维度的诊断信息，具有其强大的临床应用前景[10-14]。理论上采集间隔时间越短、获得的期像越多越能反映组织灌注的真实情况，但这受到设备本身及辐射剂量的限制，第3代双源CT在腹部灌注根据灌注Z轴范围最快只能提供1.5 s或2.5 s的采集间隔时间，本研究回顾性收集了这两种采集方式一站式灌注数据，重建出最佳三期增强图、血管图以及计算正常胰腺各部位灌注参数值，并对三种模态的CT断数据进行比较发现，采用一站式成像技术主要优点在于多维度诊断信息的获取基于一次静脉注射下的扫描，无造影剂重复使用，简化临床流程，降低了受检者辐射剂量。更重要的是该方法对病灶进行了实时多期采样，扫描时间不依赖经验设置，可融合实现影像诊断任务所对应的最佳强化期像，避免由于个体循环差异，胰腺实质或胰周血管难以达到最佳强化效果的问题，对动脉早期强化病灶如神经内分泌肿瘤检出率大大提升[5,8,10]，重建图像质量不低于或优于常规单期增强[1,3-6,9]，可作为常规CT检查进行应用。

但目前针对胰腺病变的具体融合期像数目研究不多[4,5,15]，李娟等[15]研究表明采用1.5 s采集方式实现胰岛素瘤诊断任务的最佳融合期像数目为5期。本研究的创新点在于，不改变融合期相数设置5期，改变采集时间间隔从常见的1.5 s到2.5 s，可期待通过这样的优化，2.5 s采集模式下3期融合图更接近1.5 s采集模式下5期融合图。另一方面，本研究中采用时间平均法避免了大血管达到强化峰值时造影剂可能密度不均的问题[16]，基于最大密度投影法重建的血管图无造影剂填充不均。本研究结果也证实时间优化组和常规灌注组所有融合图像清晰，主动脉、胰腺及门静脉信噪比、对比噪声比差异均不明显，所有血管图均能支持变异血管评估，具有临床运用价值。本研究中采用的CTP去卷积模型通过TDC曲线转换剩余函数(Impulse residue function,IRF) 得到目标器官灌注参数值，灌注参数的准确获取需同时满足两个条件：足够和高频的采集时间。造影剂随血流通过实质灌注的持续时间里，采集时间足够长保证了造影剂从血管内皮弥散至细胞间隙这一生理过程的动态平衡，采集时间越密集，其灌注数据集越接近血流动力学改变，反之可能会造成数据点的丢失。

本研究结果显示时间优化组容积数据获取的正常胰腺灌注参数值与常规灌注组差异不明显，说明扫描时相的适度变化可准确评估其血流特点，Li[17]、余鑫等[18]采用第3代双源CT胰腺灌注研究中采集总时长(40～53.5 s)低于本研究，密集扫描时间为1.5 s，得到的各部位灌注参数值也与本研究接近。说明75 s的扫描时长及2.5 s密集采集时间间隔达到了足够以及高频的要求，这也符合灌注参数的计算是基于TDC曲线，而不是单个采集时间点的组织密度。Kalarakis等[19]研究表明3.4 s采集时间间隔可获取准确的肝肿瘤灌注参数。Konno等[5]研究中基于320排容积CT采用3 s密集采集时间间隔，得到的胰腺BF为(93.8±31.1)mL/(100 g·min)，BV为(38.8±18.0)mL/100g，与本研究明显不同，可能与扫描时间间隔、研究设备或是人种差异等相关。卞佳等[20]研究显示脑灌注参数绝对值受时间间隔影响，这可能是由于算法、输入动脉不同。由此表明灌注参数值可能受其它多种因素影响，不同脏器因素干扰程度亦或不同。

本研究结果显示A组即常规一站式上腹灌注组平均有效辐射剂量为(8.73±0.90) mSv，低于既往报道辐射剂量(14.5 mSv～27.6 mSv)[4,5,7]，与于鑫[13]采用第3代双源CT辐射剂量相近。根据B组单位Z轴辐射剂量可推算出常规一站式上腹灌注组在保持原有扫描参数不变的设置下，由2.5 s密集扫描方案替代1.5 s密集扫描方案，平均有效剂量可减少约22.8%，即6.74 mSv，与第3代双源CT常规上腹增强ED较为接近(6.25±2.90) mSv[1]，说明该采集方式可进一步降低上腹部dVPCT辐射剂量，在临床运用中具有可行性。

本研究不足之处在于对比单一、存在偏倚，未拓展时间间隔范围，两组病人、各段扫描时相均不同。算法也只局限于去卷积法，未证实最大斜率算法该方案是否可行。亦另外是否对胰周脏器如肝脏、脾脏、肾脏等血流灌注值产生影响尚未明确，这有待进一步研究，以实现满足多脏器灌注诊断、数据分析以及血管成像需求的扫描及重建技术。

4 结论

基于第3代双源CT采用1.5 s和2.5 s密集采集方式的一站式dVPCT所获得的三期增强图、血管图及灌注参数值无明显差异，且后者可降低辐射剂量，使得上腹灌注辐射剂量接近第3代双源CT常规三期增强扫描辐射剂量，这有助于一站式上腹灌注2.5 s密集采集方式的推广应用。